Epigenetik Flashcards
Definition Epigenetik
- Vererbung von Eigenschaften, die mit keinen Änderungen der DNA-Sequenz einhergehen
- über mehrer Teilungszyklen/ Generationen hinweg
Wodurch erfolgt die epigenetische Modifikation der Genexpression?
- DNA-Methylierung
- nicht-kodierende, regulatorische RNAs
- Transkriptionsfaktoren
- Veränderung von Histonen
- Austausch von Histonen
Inwiefern können Histone verändert werden?
- Methylierung
- Acetylierung
- Phosphorylierung
- Ubiquitinierung
- Sumoylierung
Wie entsteht 5-Methycytosin?
DNA-Methyltransferasen
- Neumethylierung: DNMT3a, DNMT3b
- reversibel
- DNMT1: erhält den Methylierungsstatus nach Teilung aufrecht, da hemimethylierte DNA-Bereiche erkannt werden
Nenne Eigenschaften der DNA-Methylierung während der Entwicklung
- genomweite Demethylierung im Zeitraum nach der Befruchtung, Entwicklung Richtung Zygote
- de novo Methylierung und gewebespezifische Methylierung ab Embryonalphase
Welche Enzyme sind für die Methylierung von Histonen wichtig?
- Histon-Lysin-N-Methyltransferase
- Histon-Arginin-N-Methyltransferase
- katalysieren Übertragung von 1-3 Methylgruppen vom Kofaktor S-Adenosyl-Methionin auf Lysin/Arginin
Was ist das Besondere der Methylierung von Histonen?
- kann reprimierend oder aktivierend sein (abhängig vom AS-Rest
Eigenschaften der Acetylierung von Histonen
- nur an Lysinen
- Histon-Acetyl-Transferase
- Histon-Deacetylase entfernt Acetylgruppe
- aktivierender Effekt (positive Ladung von Lys wird neutralisiert —> Öffnung des Chromatins)
Eigenschaften der Phosphorylierung von Histonen
- an AS mit Hydroxylgruppe: Serin, Threonin, Tyrosin
- aktivierend oder reprimierend, abhängig von AS
Eigenschaften der Ubiquitinierung von Histonen
kleines Protein Ubiquitin wird über C-terminales Glycin an Lysinreste von Histonen gebunden
Nenne Eigenschaften der Sumoylierung von Histonen
- SUMO = small Ubiquitin-like Modifier
- kovalente Bindung
- relevant für Proteinstabilität, Zellzyklus, Apoptose, Transport vom Zellkern ins Zytoplasme, Regulation der Transkription
Eigenschaften des Rubinstein-Taybi-Syndroms
- Autosomal dominant
- Gen CREBBP —> cAMP response element bindung protein
- Mikrodeletionen, Punktmutationen, keine Veränderung im CREB-Gen
- CREB: Transkriptions-Cofaktor, an Histon- und nicht-Histon-Protein Acetylierung beteiligt
- Häufigkeit: 1 : 100 000
Klinik des Rubinstein-Taybi-Syndroms
- geistige Retardierung
- postnataler Minderwuchs
- Dysmorphiezeichen: gebogene Nase, kurzes Philtrum
- tiefsitzende, dysplastische Ohren
- breite Daumen und Großzehen
- Hautanomalien
- Fehlbildungen an inneren Organen
Eigenschaften des Rett-Syndroms
- X-chromosomal dominant
- MECP2- Gen
- Methyl-CpG-Bindungsprotein 2
- Punktmutation, Deletion, loss-of-function Mutation
- Häufigkeit: 1 : 10 000 Mädchen
Klinik des rett-Syndroms
- normale Entwicklung in ersten 6-18 Monaten
- Rückentwicklung der Sprache, motorischer Fähigketen
- stereotypische Handbewegungen
- Verhaltensauffälligkeiten
- Gangataxie, Tremor, Dystonie, Krampfanfälle
- Risiko für Arrythmien
Lebenserwartung: 50 Jahre
Funktion des MECP2-Proteins
- nicht-methylierte DNA: MECP2 kann nicht binden
- Histone sind modifiziert
- CHromatin locker gepackt
- Transkription findet statt
Methylierte DNA:
- MECP2 kann binden
Modifikation der Histone werden abgespalten
- Chromatin dicht gepackt
- keine Transkription
Definition Imprinting
- erbliche Hemmung der Genexpression durch epigenetische Faktoren, entweder auf dem maternalen oder paternalen Allel
- geprägtes Gen wird nicht exprimiert, ist inaktiv
- Imprinting bleibt durch mitotische Teilungen erhalten
Imprinting im menschlichen Genom: nenne Eigenschaften
- mind. 100 Gene mit elternspezifischer Prägung bekannt
- Imprinting-Cluster vorhanden
- bleibt nach Zygotenbildung erhalten
Nenne Imprinting-Erkrankungen
- Beckwith-Wiedermann- Syndrom
- Silver-Russell- Syndrom
- Prader-Willi-Syndrom
- Angelman-Syndrom
Eigenschaften Beckwith-Wiedemann-Syndrom
- Häufigkeit: 1:12 000
- tritt 3x häufiger bei assistierter Reproduktion (ICSI) auf
- 50 % zeigen maternale Imprinting-Defekte in 11p15 —> IGF2-Gen = embryonaler Wachstumsfaktor
- 20 % paternale Uniparentale Disomie (Chromosom 11 2x vom Vater)
Klinik Beckwith-Wiedemann-Syndrom
Großwuchs
Makroglossie
kleiner Kopf
häufig embryonlae Tumore
Eigenschaften des Silver-Russel-Syndroms
- intrauterines Minderwuchssyndrom
- sporadisch
- kleines dreieckiges Gesicht bei normal großem Kopf
- geistig normale Entwicklung
- maternale Uniparentale Disomie 7
- epigenetische Veränderungen in 11p15.5
Nenne Eigenschaften des Prader-Willi-Syndroms
- Retardierungssyndrom mit ausgeprägter Adipositas
- meistens paternale Deletion in 15q12
- maternale uniparentale Disomie Chromosom 15q
- Verlust einer kleinen nichtkodierenden nukleolären RNA und MAGEL2
- Häufigkeit: 1 : 10 000
Nenne Eigenschaften des Angelman-Syndroms
- Retadierungssyndrom
- meistens maternale Deletion (Ubiquitin-Protein-Ligase fehlt)
- paternale uniparentale Disomie Chromosom 15q12
- Punktmutation im UBE3A-Gen
- Häufigkeit 1:10 000
- „happy puppet Syndrom“
Klinik beim Prader-Willi-Syndrom
- bis zum 6. Monat Hypotonie, Trinkschwäche, Gedeihstörung
- ausgeprägtes Hungergefühl, exzessive Nahrungsaufnahme
- lebensbedrohliche Adipositas
- Kleinwuchs, Hypogonadismus, Infertilität
- verzögerte Sprachentwicklung
- ausgeprägte Kratzneigung
- mentale Retardierung
Klinik Angelman-Syndrom
- Entwicklungsverzögerung
- geistige Retardierung
- ausbleibende Sprachentwicklung
- Verhaltensauffälligkeiten: grundloses Lachen
- Ataxie
- Krampfanfälle
Vergleich Ursachen Prader-Wili vs Angelman-Syndrom
- beides am häufigsten durch Deletionen verursacht, aber PWS paternal, AS maternal
- PWS: maternale uniparentale Disomie
- AS: paternale uniparentale Disomie
- PWS: 1 % paternale Imprintingdefekte
- AS: 2 % maternale Imprintingdefekte
- AS: 10 % Punktmutationen
- PWS: keine Punktmutationen
Eigenschaften der Methylierungsunterschiede zwischen monozygoten Zwillingen
- Unterschiede der Methylierungsmuster nehmen im Alter zu
Eigenschaften von Bisphenol A
- enthalten in Polycarbonat, Epoxidharz
- schwache östrogene Wirkung
- evtl. Fruchtbarkeitsprobleme
- Risiko für Diabetes, KHK, Adipositas
Auswirkung von Bisphenol A auf Mäuse
- stört Sexual- und Hirnentwicklung
- reversible Blockade von Ca Kanälen in der Zellmembran
- fördert GTPase-vermittelte Tumore
- führt zu epigenetischen Veränderungen
- Effekt durch Methylgruppendonatoren reversibel
Auswirkung von mütterlicher Unterernährung im ersten Trimester auf das Kind
- gehäuftes Vorkommen von Übergewicht, Diabetes, KHK, Schizophrenie
- verursacht durch geringere DNA-Methylierung des imprimierten IGF2-Gens
Korrelationen zwischen Epigenetik und Gehirn
- Korrelation zwischen Missbrauch im Kindesalter und Suizidhäufigkeit
- epigenetische Faktoren erklären Langzeiteffekte von Drogen und Suchtentwicklung
- epigenetische Effekte erklären z.T. chronische Stressreaktionen, wie die posttraumatische Belastungsstörung
Nenne Phasen der Neumethylierung bei der Spermienproduktion
- nach Zygotenbildung und in Vorläuferzellen der Keimzellen
